軍工電子實施MES的制約要素與解決策略

于永洲，孫光嶠，黃念寧，林 罡，祁玉發(fā)

（南京電子器件研究所，南京 210016）

1 引言

制造執(zhí)行系統(tǒng) (manufacturing execution system，MES)[1]是美國AMR公司 (Advanced Manufacturing Research，Inc.)在20世紀90年代初首先提出的，旨在加強物資需求計劃（MRP）的執(zhí)行功能，把MRP計劃通過執(zhí)行系統(tǒng)同車間作業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)聯(lián)系起來。

近年來，以臺積電（TSMC）、聯(lián)華電子（UMC）、全球代工（Global foundries）、中芯國際（SMIC）等為代表的全球半導(dǎo)體代工龍頭企業(yè)，已經(jīng)將電子行業(yè)MES的實施和應(yīng)用推進到非常成熟的程度。但在國內(nèi)軍用電子行業(yè)，無論是軍工企業(yè)還是科研院所，由于歷史和政策原因，MES系統(tǒng)的實施和使用明顯落后。近幾年，大部分的軍工電子企業(yè)表現(xiàn)出對MES強烈的需求愿望，究其背后的根本原因是：一方面，隨著我國軍事裝備現(xiàn)代化、規(guī)?；l(fā)展的要求以及目前軍民融合的發(fā)展方針，軍工行業(yè)原有的勞動密集型作業(yè)方式向現(xiàn)代化程度更高的科技密集型作業(yè)方式轉(zhuǎn)型勢在必行；另一方面，企業(yè)自身對生產(chǎn)調(diào)度、訂單交付、資源調(diào)配、質(zhì)量控制的要求也越來越高。

本研究通過分析國內(nèi)軍工電子行業(yè)的特點和現(xiàn)狀，提煉了軍工電子行業(yè)實施生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的制約要素，并結(jié)合南京電子器件研究所MES項目的實施經(jīng)驗，提出了解決策略。

2 軍工電子行業(yè)的特點

軍工電子行業(yè)作為生產(chǎn)制造類企業(yè)，在具有普通電子制造業(yè)特點的同時，也有其特殊性，主要表現(xiàn)為：

（1）多品種且小批量訂單占比高。軍工電子企業(yè)的訂單是以總體任務(wù)目標的完成為導(dǎo)向，因此無法像民用電子企業(yè)一樣根據(jù)經(jīng)濟指標對任務(wù)訂單進行篩選；另一方面軍工電子產(chǎn)品的適用范圍決定了每款產(chǎn)品的數(shù)量不可能像民用行業(yè)的產(chǎn)品，如CPU、GPU一樣具有極其廣闊的市場和巨大的訂單需求，以上原因決定了軍工電子單位無法避免訂單和產(chǎn)品的多品種、少批量問題。

（2）產(chǎn)研并行。受制于資金來源、國家財政政策、戰(zhàn)略定位等原因，軍工電子制造單位對研發(fā)廠房、量產(chǎn)廠房的定位、建設(shè)、資金投入程度很難做到與民用電子企業(yè)類似的量產(chǎn)和研發(fā)廠房分別建立和運行，轉(zhuǎn)而采用研發(fā)和生產(chǎn)在同一條生產(chǎn)線的模式，即產(chǎn)研并行。

（3）緊急訂單較多且性能指標提升、緊急程度變化較為頻繁。在我國軍工技術(shù)快速迭代和發(fā)展的大背景下，軍工電子產(chǎn)品訂單緊急程度的提升或降低、性能指標的提升等情況以常態(tài)形式存在，給生產(chǎn)的排產(chǎn)、工藝維穩(wěn)等帶來較大的困難。

（4）可靠性指標要求高。軍工產(chǎn)品的適用范圍從深海到高原，從低空到宇宙，一般需考慮復(fù)雜電磁干擾強、高低溫變化大、真空密閉要求高等特點，因而軍工電子產(chǎn)品對工藝可靠性指標具有極其嚴苛的要求。

3 MES實施的制約要素及解決策略

軍工電子行業(yè)的特點使得在軍工電子行業(yè)實施MES時，制約要素也有其獨特性。制約軍工電子生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）實施的要素包括：建立實施團隊、MES廠商選擇、設(shè)定有限目標、標準化、企業(yè)管理層重視，這些要素決定了項目能否成功，屬于在項目實施過程中需要逐步解決的問題。

3.1 建立實施團隊

MES實施成功的首要因素在于實施人員和團隊，MES廠商對此一般非常重視，會有標準的項目組組織架構(gòu)，但軍工電子企業(yè)的項目團隊建立都不盡人意，從而導(dǎo)致項目實施風(fēng)險被放大。

造成此現(xiàn)象的原因是軍工電子企業(yè)對MES的原理、實施和運行管理的方法缺乏深刻的理解和認識，主要體現(xiàn)在兩個不同層次的誤區(qū)：一是企業(yè)對MES毫無概念，認為MES只是一套普通的商業(yè)軟件，實施工作由MES廠商完成，甲方接受培訓(xùn)并使用；二是MES的推廣未能全面、系統(tǒng)地實施，體現(xiàn)在MES項目實施的關(guān)鍵崗位不能得到人員保障[2]，MES的運轉(zhuǎn)沒有從企業(yè)管理、技術(shù)、技能等多個環(huán)節(jié)得到全面推廣。

針對以上問題，本研究先明確各個分部門的業(yè)務(wù)聯(lián)系窗口，其次保證大部分聯(lián)系窗口為本崗位的資深或關(guān)鍵人員；同時成立了以MES項目經(jīng)理為核心的開發(fā)團隊（4人），標準化團隊（多于3人），實施團隊（3人）,現(xiàn)場值班團隊（2人），各團隊分工明確，協(xié)調(diào)作戰(zhàn)，效果明顯，有力保證了項目的順利實施和效果。

3.2 MES廠商選擇

大部分軍工電子企業(yè)是在產(chǎn)能擴充、信息化管理提升、質(zhì)量要求增高的背景下，凸顯出對MES的需求。面對眾多的MES公司和軟件，選型人員難以選擇。本研究發(fā)現(xiàn)，MES廠商選擇應(yīng)遵循以下3點原則：

（1）MES廠商的項目風(fēng)險控制能力不能極強。分析調(diào)研的案例發(fā)現(xiàn)，風(fēng)險控制能力極強的MES廠商，會在項目進行過程中因超出項目預(yù)期的難度或成本而單方面終止合同，其對風(fēng)險的判定標準完全是從MES廠商的經(jīng)濟指標角度出發(fā)。

（2）MES廠商的企業(yè)工作風(fēng)格應(yīng)是靈活型。軍工電子行業(yè)的特點決定了不可能所有的功能都會在商務(wù)招標合同中詳細要求到位，因此在項目實施的過程中會有部分需求與商務(wù)合同中不一致或有更高階的需求，需要MES廠商予以配合。

（3）MES廠商近 10年案例實施成功率接近100%。一個可靠的企業(yè)是非常重視自己的行業(yè)聲望的，若非萬不得已一般不會允許出現(xiàn)失敗項目，因此以往項目的成功率也是選型時的一個重要參考。

3.3 設(shè)定有限目標

信息化水平高、管理水平高、具備信息化管理理念的企業(yè)，具有明確的MES項目實施目標，實施后的系統(tǒng)應(yīng)用效果是很好的。然而軍工電子行業(yè)的部分單位并不具有以上條件，導(dǎo)致在MES實施前往往舉棋不定，無從下手，或是盲目上馬，匆匆收場。本研究發(fā)現(xiàn)，確定功能需求時應(yīng)把握以下原則：

（1）功能收斂原則。MES可為企業(yè)帶來多方面的生產(chǎn)效益，但它不能解決企業(yè)中的所有問題，所以在功能的確定上，尤其是首次實施MES時，切忌將企業(yè)所有需要解決的問題都定位于功能需求中。

（2）目標詳盡原則。目標與需求切忌大而全，需進行詳細的需求分析，明確MES系統(tǒng)建設(shè)目標。此處對功能詳細的需求分析較為依賴于項目團隊是否具有MES的使用經(jīng)驗和對本單位現(xiàn)狀的了解，兩個因素缺一不可。

（3）信息共享原則。考慮與企業(yè)已有管理系統(tǒng)的通訊、集成問題，避免出現(xiàn)更大或更多的“信息孤島”，提高企業(yè)的信息共享程度。若當(dāng)前條件或者項目實施過程中無法實現(xiàn)集成，則應(yīng)保留相應(yīng)的系統(tǒng)接口。

3.4 標準化

MES是生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，并非解決所有生產(chǎn)管理問題的“救命稻草”，項目實施過程中必須遵循其客觀規(guī)律，做好系統(tǒng)的標準化管理工作。本研究認為，做好標準化工作主要有以下幾個重要因素：

（1）生產(chǎn)對象的建立。在半導(dǎo)體芯片代工業(yè)，一般是以批次（Lot）為生產(chǎn)對象。生產(chǎn)過程中，某一產(chǎn)品一般會包含多個Lot，一個Lot包含若干片晶圓（wafer），在生產(chǎn)過程中所有的Lot都遵循同樣的命名規(guī)則。

（2）工藝流程的建立。工藝流程是產(chǎn)品批次在實際生產(chǎn)過程中要經(jīng)過的所有工序的列表。在整個工藝流程中每一個工序涉及的要素包括設(shè)備、recipe、工藝區(qū)域等，這些要素命名規(guī)則、管理方式也應(yīng)統(tǒng)一。

（3）過程數(shù)據(jù)采集規(guī)則（EDC plan）的建立。在生產(chǎn)中，有些工序是用來量測物理尺寸或測試電性能數(shù)據(jù)的，針對這個測試站點采集的數(shù)據(jù)如何分類、每片采集幾個點的數(shù)據(jù)、控制/規(guī)范的上下限等，這些信息都需要通過EDC plan來進行標準化管理。

（4）標準化管理。由于工藝流程的建立涉及整個工藝線的各個環(huán)節(jié)，因此參與人員幾乎包括了甲方工廠里各個部門的資深工程師，他們可根據(jù)實際情況提出新建、更改、刪除等需求，但應(yīng)由標準化人員統(tǒng)一管理、核實、執(zhí)行。

3.5 企業(yè)管理層重視

由于軍工電子單位管理模式、人員結(jié)構(gòu)等的繼承性，使規(guī)模化后的生產(chǎn)線仍在很大程度上保留了科研生產(chǎn)的諸多屬性和慣性，導(dǎo)致MES項目實施不順利甚至失敗的情況時有發(fā)生，因此高層領(lǐng)導(dǎo)的絕對支持是MES項目成功實施的關(guān)鍵。主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）甲方實施團隊的人力投入。甲方實施團隊是項目的參與者，更是軟件供應(yīng)商與甲方使用人員之間的溝通者，其人員構(gòu)成、項目投入度對項目的影響很大，需要組織和企業(yè)高層在實施團隊上的人力投入進行保證。

（2）實施進度的客觀性和反復(fù)性。軍工單位由于自身的特點，在MES實施過程中有諸多與標準功能差異明顯的定制化需求，因而會導(dǎo)致Bug出現(xiàn)的概率增高，高層應(yīng)將其理解為項目實施成本的一部分。高層對實施進度的客觀認識對實施團隊至關(guān)重要，能給團隊提供繼續(xù)向前推進的信心和決心。

（3）思維習(xí)慣與工作方式的統(tǒng)一。一方面，員工不愿意放棄原有的工作方式和習(xí)慣，轉(zhuǎn)而希望MES系統(tǒng)適應(yīng)其原有工作方式；另一方面，MES系統(tǒng)上線運行前期的標準化工作，也會導(dǎo)致工作量短期的增加。此時，需要組織和高層領(lǐng)導(dǎo)站在全局的角度把好方向，保證全體員工在思想上的統(tǒng)一和行動上的一致。

4 MES實施效果案例

南京電子器件研究所在MES項目中很好地解決了各個制約因素的影響，MES項目實施順利。從項目正式啟動到第一批產(chǎn)品流程完成，用時8.5個月，項目第10個月時MES系統(tǒng)產(chǎn)品占有率達到當(dāng)月總產(chǎn)能的80%，項目第12個月時MES系統(tǒng)產(chǎn)品占有率達到當(dāng)月產(chǎn)能的95%，系統(tǒng)功能的完整性、穩(wěn)定性、適用性等得到有效驗證，具體體現(xiàn)在下面兩個方面。

4.1 可視化管理更加直觀有效

項目在順利實施的同時，為生產(chǎn)管理提供了報表、看板等高效管理工具，圖1為設(shè)備狀態(tài)管理看板，不同位置、不同顏色的方框代表了分布在車間不同位置、不同狀態(tài)的設(shè)備，設(shè)備的分布位置按照在車間的實際位置同比例縮小，綠色代表設(shè)備作業(yè)中，黃色代表設(shè)備等待中，紅色代表設(shè)備故障，藍色代表設(shè)備驗證中。圖2為產(chǎn)能分布及狀態(tài)看板，展示了不同生產(chǎn)組的產(chǎn)品實施狀態(tài)，綠色代表作業(yè)中，黃色代表等待中，紅色代表異常處理中。圖1和圖2刷新頻率為30 s/次。

圖1 設(shè)備狀態(tài)管理看板

圖2 產(chǎn)能分布及狀態(tài)看板

4.2 生產(chǎn)效能大幅提升

在MES項目成功實施后，根據(jù)前3個月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對比MES系統(tǒng)實施前的數(shù)據(jù)集，手工記錄工作量減少51%，記錄損失減少76.0%，數(shù)據(jù)錄入時間縮短59.8%；前置等待時間縮短10.3%，生產(chǎn)周期縮短30.3%；關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)查詢時間縮短95%，相關(guān)性分析效率提高80.9%；報表管理效率提高300%以上。對比行業(yè)內(nèi)容在項目實施完成后12個月內(nèi)的提升程度，本研究在項目實施完成后的3個月內(nèi)已有較大的提升。

5 結(jié)論

在當(dāng)前工業(yè)4.0的大背景下，各行業(yè)都在極力推進MES系統(tǒng)，以提高和夯實企業(yè)的生產(chǎn)管理能力[3]。但軍工電子行業(yè)的MES實施涉及因素復(fù)雜，難度指數(shù)高，失敗案例多。本研究結(jié)合南京電子器件研究所的項目經(jīng)驗，詳細分析了軍工電子行業(yè)實施MES的制約要素及解決策略，闡述了建立實施團隊、MES廠商選擇、設(shè)定有限目標、標準化、企業(yè)管理層重視等要素，并給出了解決方法，為軍工電子行業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的實施提供了思路和方案。

[1]姚濤，等.船舶軍工制造企業(yè)MES應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代制造工程，2017(03):31-37.

[2]李清，等.制造執(zhí)行系統(tǒng)實施方實施能力綜合評價技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動化，2007(09):1-6.

[3]陳智呈，等.工業(yè)4.0與智能聯(lián)動戰(zhàn)略[J].信息技術(shù)與信息化，2014(06):76-78.